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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Laserscanners, welcher zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin dient, wobei bei dem Verfahren
- - mit einem Sender des Laserscanners wenigstens ein Lichtsignal gesendet wird, während eine dreh- oder schwenkbare Umlenkspiegeleinheit zur Umlenkung von Lichtsignalen des Senders so ausgerichtet ist, dass von dem Sender kommende Lichtsignale mit der Umlenkspiegeleinheit nicht auf ein Fenster eines Gehäuses des Laserscanners gelenkt werden können,
- - das im Inneren des Gehäuses gestreute wenigstens eine Lichtsignal mit einem Empfänger empfangen wird und mit wenigstens einer Referenz verglichen wird,
- - und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs wenigstens ein Hinweis zu der Funktionsfähigkeit des Laserscanners generiert wird.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Laserscanner zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
- - mit einem Gehäuse, welches wenigstens ein für Lichtsignale durchlässiges Fenster aufweist,
- - mit wenigstens einem Sender zur Aussendung von Lichtsignalen,
- - mit wenigstens einem Empfänger zum empfangen von gestreuten und/oder reflektierten Lichtsignalen,
- - mit wenigstens einer dreh- oder schwenkbaren Umlenkspiegeleinheit zur Umlenkung von Lichtsignalen des Senders,
- - wobei der wenigstens eine Sender, der wenigstens eine Empfänger und die wenigstens eine Umlenkspiegeleinheit in dem Gehäuse angeordnet sind,
- - und mit wenigstens einem Mittel zur Durchführung einer Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners, während die Umlenkspiegeleinheit so ausgerichtet ist, das von dem Sender kommende Lichtsignale mit der Umlenkspiegeleinheit nicht auf das wenigstens eine Fenster des Gehäuses gelenkt werden können,
- - und mit wenigstens einem Mittel zum Vergleichen des im Inneren des Gehäuses gestreuten und mit dem wenigstens einen Empfänger empfangenen wenigstens einen Lichtsignals mit wenigstens einer Referenz und zur Generierung wenigstens eines Hinweises zu der Funktionsfähigkeit des Laserscanners abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 2 482 094 B1 ist ein optoelektronischer Sensor bekannt, der als Laserscanner ausgebildet ist. Ein Lichtsender, beispielsweise mit einer oder mehreren Laserlichtquellen, erzeugt mithilfe von Sendeoptiken einen Sendelichtstrahl mit einzelnen kurzen Lichtimpulsen. Der Sendelichtstrahl wird mittels eines drehbaren Ablenkspiegels in eine Überwachungsebene ausgesandt, von dort gegebenenfalls vorhandenen Objekten remittiert und kehrt dann, je nach optischen Eigenschaften der Objektoberfläche abgeschwächt und/oder aufgestreut, zumindest teilweise als remittierter Lichtstrahl zu dem Sensor zurück. Dort trifft der remittierte Lichtstrahl erneut auf die Ablenkoptik und wird durch eine Empfangsoptik auf einen Lichtempfänger geleitet, beispielsweise eine Fotodiode. Mit dem Sensor kann ein Sichtwinkel von bis zu 270 Grad und mehr überwacht werden. Der verbleibende Winkelbereich, der auch als rückwärtiger Scanbereich bezeichnet wird, ist eine Totzone, in der keine Objekte erfasst werden. Dieser Bereich wird genutzt, um ein Testziel unterzubringen, das von dem Sendestrahl über eine zusätzliche Umlenkeinheit angetastet und an dem der Sendelichtstrahl auf dem umgekehrten Lichtweg innerhalb des Sensors auf den Lichtempfänger zurückgeworfen wird. Der im Sensor von dem Testziel zurückgeworfene Sendelichtstrahl dient als Referenzmessung zur Funktionsüberprüfung des Sende- und Empfangspfades Damit kann der gesamte optische und elektronische Sende- und Empfangsweg getestet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Laserscanner der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen einfach und mit möglichst wenig zusätzlichen Bauteilen eine Funktionsüberprüfung des Laserscanners insbesondere während des Betriebes erfolgen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- - wenigstens ein Lichtsignal gesendet wird, während die Umlenkspiegeleinheit definiert so ausgerichtet wird, dass das wenigstens eine Lichtsignal an wenigstens einem für das Lichtsignal nicht spiegelnden Abschnitt im Inneren des Gehäuses des Laserscanner wenigstens einfach gestreut wird,
- - das gestreute wenigstens eine Lichtsignal mit dem Empfänger des Laserscanners empfangen wird
- - und eine Intensität des gestreuten wenigstens einen Lichtsignals mit der Intensität wenigstens eines vorgegebenen Referenz-Signals verglichen wird
- - und, falls die Intensität des gestreuten wenigstens einen Lichtsignals unter Berücksichtigung einer vorgebbaren Toleranz von der Intensität des wenigstens einen Referenz-Signals abweicht, ein Funktionsfehler-Hinweis generiert wird.
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Erfindungsgemäß wird das wenigstens eine Lichtsignal an wenigstens einem nicht spiegelnden Abschnitt im Inneren des Gehäuses des Laserscanners gestreut und als Streulicht mit dem Empfänger empfangen. Dabei kann auf zusätzliche Bauteile wie Testziele und gesonderte Umlenkeinheiten, wie diese bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Laserscanner erforderlich sind, verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß ist die Umlenkspiegeleinheit während der Überprüfung definiert ausgerichtet, sodass die Intensität des empfangenen gestreuten wenigstens einen Lichtsignals einen definierten Ist-Zustand des Laserscanners bezogen auf die Lichterzeugung am Sender, die Lichtausbreitung und Streuung im Inneren des Gehäuses und den Lichtempfang am Empfänger charakterisiert.
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Die Intensität des gestreuten wenigstens einen Lichtsignals wird mit der Intensität wenigstens eines Referenz-Signals verglichen. Die Intensität des wenigstens einen Referenz-Signals charakterisiert einen Soll-Zustand des Laserscanners bezogen auf die Lichterzeugung am Sender, die Lichtausbreitung und Streuung im Inneren des Gehäuses und den Lichtempfang am Empfänger.
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Falls die Intensität des gestreuten wenigstens einen Lichtsignals unter Berücksichtigung einer vorgebbaren Toleranz von der Intensität des wenigstens einen Referenz-Signals abweicht, wird ein Funktionsfehler-Hinweis generiert. Auf diese Weise wird ein Funktionsfehler-Hinweis erzeugt, wenn ein Ist-Zustand von dem entsprechenden Soll-Zustand abweist.
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Diese Abweichung des Ist-Zustands von dem Soll-Zustand kann durch Veränderung der Sendeleistung des Senders, der Empfindlichkeit des Empfängers, von Lichtdurchlässigkeiten innerhalb des Gehäuses und/oder den Streueigenschaften von spiegelnden oder nicht spiegelnden Abschnitte hervorgerufen werden. Die Lichtdurchlässigkeit innerhalb des Gehäuses kann insbesondere durch Wasserdampf oder Staub beeinträchtigt werden. Streueigenschaften der spiegelnden und nicht spiegelnden Abschnitte können durch Wasser, Schmutz oder dergleichen verändert werden. Unabhängig von dem Grund der Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand bewirkt diese eine Beeinträchtigung des Laserscanners und eine Einschränkung der Zuverlässigkeit der Überwach u ngsergebn isse.
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An nicht spiegelnden Abschnitten wird das Lichtsignal diffus, also ohne geordneten Strahlenverlauf, reflektiert und gestreut. Im Unterschied dazu wird das Lichtsignal an spiegelnden Abschnitten möglichst vollständig und regelmäßig reflektiert. Das wenigstens eine Lichtsignal kann an unterschiedlichen nicht spiegelnden Abschnitten mehrfach gestreut werden.
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Die Toleranz bezogen bei dem Vergleich mit dem wenigstens ein Referenz-Signal kann auch als null vorgegeben werden.
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Zur Realisierung des Verfahrens können vorteilhafterweise ohnehin vorhandene Bauteile verwendet werden. Entsprechende Verfahrensschritte können insbesondere mit einer ohnehin vorhandenen Steuer- und Auswerteeinrichtungen des Laserscanners insbesondere auf softwaremäßigem Wege realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann der Laserscanner nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Der Laserscanner kann als Time-of-Flight- (TOF), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Lichtsignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit dem Sender und dem Empfang des entsprechenden, an einem Objekt reflektierten Lichtsignals mit dem Empfänger gemessen und daraus eine Entfernung zwischen dem Laserscanner und dem erfassten Objekt ermittelt.
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Mit dem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit Lichtsignalen abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu werden mit der Umlenkspiegeleinrichtung die Lichtsignale, welche als Signalstrahl bezeichnet werden können, bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich sozusagen „geschwenkt“.
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Der Laserscanner weist als Lichtquelle des Senders wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, auf. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Lichtsignale gesendet werden. Mit dem Laser können Lichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann der Empfänger einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Detektor, insbesondere eine Fotodiode, aufweisen.
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Die Erfindung kann bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei autonomen oder wenigstens teilweise autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Der Laserscanner kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das wenigstens eine Lichtsignal mit demselben Sender gesendet werden, welcher auch zum Senden von Lichtsignalen zur Überwachung des Überwachungsbereichs verwendet wird und/oder das wenigstens eine gestreute Lichtsignal kann mit demselben Empfänger empfangen werden, welcher auch zum Empfangen von reflektierten Lichtsignalen zur Überwachung des Überwachungsbereichs verwendet wird. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Sender und/oder Empfänger verzichtet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners und zur Überwachung des Überwachungsbereichs gleiche Lichtsignale verwendet werden oder es können zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners und zur Überwachung des Überwachungsbereichs unterschiedliche Lichtsignale verwendet werden. Die Verwendung von gleichen Lichtsignale hat den Vorteil, dass der Sender und der Empfänger beim Übergang vom einem Überwachungsmodus in einen Funktionsprüfungsmodus in gleicher Weise betrieben werden können. Auf diese Weise ist kein zusätzlicher Steuerungsaufwand, insbesondere keine zusätzliche Programmierung, erforderlich.
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Alternativ können unterschiedliche Lichtsignale verwendet werden. Auf diese Weise können die Lichtsignale jeweils bezogen an den entsprechenden Modus angepasst werden, um jeweils die Effizienz zu verbessern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit wenigstens ein Lichtsignal an wenigstens einem nicht spiegelnden Abschnitt der Umlenkspiegeleinheit und/oder an wenigstens einem nicht spiegelnden Abschnitt an einer Innenseite des Gehäuses des Laserscanners gestreut werden. Beim entsprechenden Drehen oder Schwenken der Umlenkspiegeleinheit können von dem Sender ausgesendete Lichtsignale auf entsprechende nicht spiegelnde Abschnitte der Umlenkspiegeleinheit treffen und entsprechend diffus gestreut werden.
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Alternativ können die Lichtsignale zunächst auf spiegelnde Abschnitte der Umlenkspiegeleinheit treffen, allerdings von diesen auf nicht spiegelnde Abschnitte des Gehäuses statt auf das Fenster reflektiert werden.
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Alternativ kann die Umlenkspiegeleinheit beim Drehen oder Schwenken einen Weg für von dem Sender kommende Lichtsignale freigegeben, sodass die Lichtsignale direkt auf nicht spiegelnde Abschnitte an der Innenseite des Gehäuses treffen können.
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Insgesamt kann so die Umlenkspiegeleinheit nach dem Abscannen des Überwachungsbereichs einfach weiter gedreht oder geschwenkt werden. Das wenigstens eine Lichtsignal kann dann direkt oder indirekt über eine Spiegelfläche der Umlenkspiegeleinheit außerhalb des Fensterbereichs an entsprechenden nicht spiegelnden Abschnitten diffus gestreut werden und eine Funktionsüberprüfung des Laserscanners durchgeführt werden. Dabei kann der Sender insbesondere fortwährend kontinuierlich oder in diskreten Abständen entsprechende Lichtsignale senden. Der Beginn und das Ende des Überwachungsmodus und der Beginn und das Ende eines Funktionsprüfungsmodus kann durch eine entsprechende Steuereinrichtung insbesondere abhängig von einer Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit gesteuert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die nicht spiegelnden Abschnitte während der Überprüfung der Funktionsfähigkeit in Bereichen des Gehäuses angeordnet sein, welche von Hintergrundlicht und/oder Umgebungslicht geschützt sind. Auf diese Weise kann eine Störung durch Außenlicht vermieden werden. So kann die Zuverlässigkeit der Funktionsprüfung verbessert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können mehrere Lichtsignale gesendet werden, während die Umlenkspiegeleinheit geschwenkt oder gedreht wird. So kann ein Streuprofil im Inneren des Laserscanners über mehrere Einstellungen der Umlenkspiegeleinheit aufgenommen werden. Dieses Streuprofil ist für den entsprechenden Laserscanner individuell. Das Streuprofil kann mit einem entsprechenden Referenz-Streuprofil verglichen werden und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs kann ein entsprechender Funktionshinweis generiert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Umlenkspiegeleinheit bei der Überprüfung der Funktion einen insbesondere definierten Winkelbereich durchfahren.
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Vorteilhafterweise können die Lichtsignale, insbesondere Lichtpulse, kontinuierlich oder in diskreten Abständen gesendet werden und währenddessen die Umlenkspiegeleinheit kontinuierlich oder in Schritten geschwenkt oder gedreht werden. Auf diese Weise kann die Überprüfung schneller durchgeführt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein Lichtsignal mit einer Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit abgeglichen werden. Auf diese Weise kann die Überprüfungsmessung reproduzierbar durchgeführt werden. So kann ein mit mehreren Lichtsignal gewonnenes Streuprofil mit einem entsprechenden Referenz-Streuprofil in Übereinstimmung gebracht, also „gematcht“, werden.
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Vorteilhafterweise kann die Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit mithilfe einen Winkelmesser, insbesondere Encoder, ermittelt werden. Der Winkelmesser kann ohnehin zur Bestimmung der Winkelposition der Umlenkspiegeleinheit vorgesehen sein, sodass auch hierfür keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens ein Referenz-Lichtsignal in wenigstens einer Umsetzungstabelle bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann das Referenz-Lichtsignal schneller ermittelt werden, sodass insgesamt der Vergleich schneller durchgeführt werden kann. Derartige Umsetzungstabellen sind im englischen Sprachgebrauch auch als „lookup table“ bekannt.
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Vorteilhafterweise können in der wenigstens einen Umsatztabelle eine Intensität wenigstens eines Referenz-Lichtsignals und die entsprechende Winkelstellung der Umlenkspiegeleinheit abgelegt sein. Mithilfe der Winkelstellung können das wenigstens eine gemessene gestreute Lichtsignal und das Referenz-Lichtsignal in Übereinstimmung (gematcht) gebracht werden. Die Intensitäten können dann miteinander verglichen werden.
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Vorteilhafterweise können in der wenigstens ein Umsetzungstabelle mehrere Referenz-Lichtsignale bereitgestellt werden. So kann auch ein Referenz-Streuprofil schnell bereitgestellt werden.
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Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Umsetzungstabelle nach einer Herstellung, insbesondere einer Kalibration des Laserscanners, aufgenommen werden. So kann das für den Laserscanner individuelle Referenz-Lichtsignal oder Referenz-Streuprofil im Vorfeld abgespeichert werden. Die Aufnahme der wenigstens einen Umsetzungstabelle kann in einem Fahrzeug-Fertigstellungsbereich (end-of-line) erfolgen.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Laserscanner dadurch gelöst, dass während der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners in wenigstens einem Strahlengang des wenigstens einen Lichtsignals wenigstens ein nicht spiegelnde Abschnitt angeordnet ist, an welchem das wenigstens eine Lichtsignal gestreut werden kann. Auf diese Weise kann ein für das Innere des Gehäuses charakteristisches Streuprofil aufgenommen werden, aus welchem Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des Laserscanners gezogen werden können.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Laserscanner und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 eine Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Laserscanner zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug;
- 2 einen Laserscanner gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, welcher bei dem Kraftfahrzeug aus der 1 eingesetzt werden kann, während einer Überwachungsphase bei der Überwachung des Überwachungsbereichs;
- 3 den Laserscanner aus der 2 während einer Überprüfungsphase bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners;
- 4 ein Streuprofil aus Überprüfungs-Lichtsignalen, welches während der Überprüfungsphase aus der 3 aufgenommen wurde;
- 5 ein Referenz-Streuprofil des Laserscanners aus den 2 und 3, mit welchem das Streuprofil aus der 4 verglichen werden kann;
- 6 einen Laserscanner gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welcher bei dem Kraftfahrzeug aus der 1 eingesetzt werden kann, in einer Überwachungsphase bei der Überwachung des Überwachungsbereichs;
- 7 den Laserscanner aus der 6 während einer Überprüfungsphase bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 verfügt über einen Laserscanner 12. Der Laserscanner 12 ist in der vorderen Stoßstange des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet. Mit dem Laserscanner 12 kann ein in den 2 und 3 angedeuteter Überwachungsbereich 14 in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug 10 auf Objekte 16 hin überwacht werden. Bei den Objekten 16 kann es sich beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Fahrbahnbegrenzungen, Gebäude, Fahrbahnunebenheiten oder sonstige Hindernisse handeln. In den 2 und 3 ist ein Objekt 16 beispielhaft als Kreuz angedeutet. Die 2 und 3 zeigt im Übrigen einen Laserscanner 12 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In der 2 ist der Laserscanner 12 während einer Überwachungsphase bei der Überwachung des Überwachungsbereichs 14 gezeigt. 3 zeigt den Laserscanner 12 während einer Überprüfungsphase bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners 12.
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Der Laserscanner 12 arbeitet nach einem Lichtimpulslaufzeitverfahren. Mit ihm können eine Entfernung und eine Richtung des Objekts 16 relativ zum Kraftfahrzeug 10 ermittelt werden.
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Der Laserscanner 12 ist Teil eines hier nicht weiter interessierenden Fahrerassistenzsystems, mit dem beispielsweise Fahrfunktionen, Einparkfunktionen und/oder Steuerung von unterschiedlichen Bauteilen des Kraftfahrzeugs 10 unterstützt oder gänzlich übernommen werden können. Das Kraftfahrzeug 10 kann mit dem Fahrerassistenzsystem auch autonom betrieben werden.
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Der Laserscanner 12 umfasst ein Gehäuse 18 mit einem Fenster 20, welches sich auf der dem Überwachungsbereich 14 zugewandten Seite befindet. Das Fenster 20 ist für Licht durchlässig, welches mit einem Sender 22 erzeugt und mit einem Empfänger 24 des Laserscanners 12 erfasst werden kann.
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In dem Gehäuse 18 sind der Sender 22, der Empfänger 24 und eine Umlenkspiegeleinheit 26 angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sender 24 auf die Zeichenebene betrachtet beispielhaft über dem Empfänger 24 angeordnet.
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Der Sender 22 umfasste eine hier nicht weiter interessierende Sendeoptik. Mit dem Sender 22 können gepulste Lichtsignale 44 gesendet werden. Der Empfänger 24 verfügt über eine hier nicht weiter interessierende Empfangsoptik. Mit dem Empfänger 24 können entsprechend reflektierte oder gestreute Lichtsignale 46 empfangen und in eine für eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 28 verwertbare Form gebracht werden. Der Sender 22 und der Empfänger 24 sind mit der Steuer- und Auswerteeinheit 28 signaltechnisch verbunden. Mit der Steuer-Auswerteeinheit 28 können der Sender 22 und der Empfänger 24 gesteuert und empfangene Lichtsignale 46 ausgewertet werden.
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Die Umlenkspiegeleinheit 26 verfügt beispielhaft über zwei Spiegel 30, welche parallel zueinander, in der 2 jeweils senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind. Die Spiegel 30 sind über ein Verbindungselement 32 verbunden, welches sich beispielhaft senkrecht zu den Spiegeln 30 erstreckt.
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Die einander abgewandten Flächen der Spiegel 30 sind als spiegelnde Abschnitte 34 ausgestaltet, an denen Licht möglichst vollständig und regelmäßig reflektiert wird. Die einander zugewandten Flächen und die Oberflächen des Verbindungselements 32 sind als nicht spiegelnde Abschnitte 36 ausgestaltet, an denen Licht diffus reflektiert und gestreut wird. Darüber hinaus sind alle Innenseiten des Gehäuses 18 außerhalb des Fensters 20 als nicht spiegelnde Abschnitte 36 ausgestaltet.
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Die Umlenkspiegeleinheit 36 ist über das Verbindungselement 32 um eine Achse 38 drehbar gelagert. Die Achse 38 erstreckt sich in den 2 und 3 senkrecht zur Zeichenebene. Eine Drehrichtung 40 ist in der 1 in der Draufsicht betrachtet beispielhaft im Uhrzeigersinn orientiert. Die Umlenkspiegeleinheit 26 verfügt über einen nicht gezeigten Antriebsmotor, welcher mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 steuerbar verbunden ist.
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Ferner verfügt die Umlenkspiegeleinheit 26 über eine Winkelmesseinrichtung 42, beispielsweise in Form eines Encoders, mit welcher die Winkelstellung der Umlenkspiegeleinheit 26 bezüglich ihrer Drehung um die Achse 38 bestimmt werden kann. Die Winkelmesseinrichtung 42 ist in Form eines Kreises mit Kreuz schematisch angedeutet. Die Winkelmesseinrichtung 42 ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtungen 28 verbunden.
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Zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 werden mit dem Sender 22 Lichtsignale 44 in Form von Laserpulsen in Richtung auf die Umlenkspiegeleinheit 26 gesendet. Während der Überwachung, von der in der 1 beispielhaft eine Überwachungsphase dargestellt ist, bewegen sich die Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit in Bereichen, in denen einer der spiegelnden Abschnitte 34 einer der Spiegel 30 dem Sender 22 zugewandt ist. Die von dem Sender 22 ausgehenden Lichtsignale 44 werden an dem spiegelnden Abschnitt 34 reflektiert und durch das Fenster 20 in den Überwachungsbereich 14 gesendet.
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An dem Objekt 16 werden die Lichtsignale 44 gestreut und wenigstens teilweise als reflektierte Lichtsignale 46 zurückgesendet. Die reflektierten Lichtsignale 46 gelangen durch das Fenster 20 zu dem spiegelnden Abschnitt 34 und auf den Empfänger 24 zu gelenkt. Die reflektierten Lichtsignale 46 werden mit dem Empfänger 24 empfangen.
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Aus der Lichtlaufzeit, also aus der Zeit zwischen dem Versenden des gesendeten Lichtsignals 44 und dem Empfangen des entsprechenden reflektierten Lichtsignals 46, wird mit der Steuer- und Auswerteeinheit 28 die Entfernung des Objekts 16 ermittelt.
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Während der Überwachung wird die Umlenkspiegeleinheit 26 in Abstimmung mit dem Senden der Lichtsignale 44 definiert in Drehrichtung 40 gedreht. Auf diese Weise wird der entsprechende Lichtsignalstrahl 48 in einer Schwenkrichtung 50 über den Überwachungsbereich 14 geschwenkt. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich 14 in der entsprechenden Ebene abgescannt.
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Sobald der Lichtsignalstrahl 48 den Rand des Fensters 20 erreicht, was mithilfe der Winkelmesseinrichtung 42 erkannt wird, wird der Überwachungsmodus zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 beendet.
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In Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit 26, in denen der Lichtsignalstrahl 48 nicht in dem Bereich des Fensters 20 gelenkt wird, wird ein Überprüfungsmodus zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners 12 durchgeführt. In diesen Winkelstellungen kann mit dem Laserscanner 12 kein Objekt 16 erfasst werden, da die gesendeten Lichtsignale 44 nicht durch das Fenster 20 aus dem Gehäuse 18 heraus und in den Überwachungsbereich 14 gelangen können. Die gesendeten Lichtsignale 44 können in diesen Winkelstellungen lediglich innerhalb des Gehäuses 18 gestreut werden.
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Während die Umlenkspiegeleinheit 26 diese Winkelstellungen durchläuft, kann die Funktionsfähigkeit des Lasers 10 mithilfe von Überprüfungs-Lichtsignalen 52, wie im Folgenden in Verbindung mit der 3 beschrieben, überprüft werden. Bei den Überprüfungs-Lichtsignalen 52 kann es sich beispielhaft um die gleichen Lichtsignale handeln, wie sie als Lichtsignale 44 während des Überwachungsmodus ausgesendet werden. Alternativ können auch andersartige Lichtsignale als Überprüfungs-Lichtsignale 52 verwendet werden.
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Der Überprüfungsmodus zur Überprüfung des Laserscanners 12 wird beispielhaft gestartet, sobald die Umlenkspiegeleinheit 26 beim Weiterdrehen eine erste Referenz-Winkelstellung erreicht hat. In der ersten Referenz-Winkelstellung ist beispielsweise der nicht spiegelnde Abschnitt 34 auf der Rückseite des Spiegels 30, welcher zuvor für die Überwachung des Überwachungsbereichs 14 angestrahlt wurde, dem Sender 22 zugewandt.
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Während die Umlenkspiegeleinheit 26 definiert weiter gedreht wird, werden Überprüfungs-Lichtsignale 52 in Abstimmung mit der entsprechenden Winkelstellung gesendet. Die Überprüfungs-Lichtsignale 52 werden an nicht spiegelnden Abschnitten 34 der Umlenkspiegeleinheit 26 diffus gestreut. Die gestreuten Überprüfungs-Lichtsignale 54 werden mit dem Empfänger 24 empfangen.
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Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit wird so lange durchgeführt, bis die Umlenkspiegeleinheit 26 eine zweite Referenz-Winkelstellung erreicht. In der 3 ist der einfachen Verständlichkeit wegen die Umlenkspiegeleinheit in der zweiten Referenz-Winkelstellung mit 26' bezeichnet und gestrichelt angedeutet. Ein Winkel zwischen der ersten Referenz-Winkelstellung der zweiten Referenz-Winkelstellung wird im Folgenden als Referenzwinkel 56 bezeichnet.
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Mit der Winkelmesseinrichtung 42 werden die jeweilige Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit 26 und die jeweils gesendeten Überprüfungs-Lichtsignale 52 aufeinander abgestimmt, was auch als „matchen“ bezeichnet werden kann.
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Während der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners 12 wird beim Überfahren des Referenzwinkels 56 mithilfe der Überprüfungs-Lichtsignale 52 ein Intensitätsprofil 58. In der 4 ist beispielhaft ein derartiges Intensitätsprofil 58 gezeigt. Das Intensitätsprofil 58 charakterisiert den Ist-Zustand im Inneren des Gehäuses 18 in Bezug auf die Ausbreitung und Streuung von Überprüfungs-Lichtsignalen 52. In dem Intensitätsprofil 58 sind die empfangenen gestreuten Überprüfungs-Lichtsignale 54 als strichgepunktete Linien angedeutet. Jede der strichgepunkteten Linien entspricht einer definierten Winkelstellung der Umlenkspiegeleinheit 26 während der Überprüfung der Funktionsfähigkeit. Die Längen der jeweiligen strichgepunkteten Linien deuten die mit dem Empfänger 24 gemessenen Intensitäten der jeweiligen gestreuten Überprüfungs-Lichtsignale 54 in den jeweiligen Winkelstellungen der Umlenkspiegeleinheit 26 an.
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Das Intensitätsprofil 58 wird mit entsprechenden Mitteln der Steuer- und Auswerteeinheit 28 beispielsweise auf softwaretechnischem Wege mit einem Referenz-Intensitätsprofil 60 verglichen.
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Ein derartiges Referenz-Intensitätsprofil 60 ist beispielhaft in der 5 gezeigt. Das Referenz-Intensitätsprofil 60 ist in einer Umsetzungstabelle 62, welche beispielsweise in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 integriert ist, abgelegt. Das Referenz-Intensitätsprofil 60 kann beispielsweise nach der Herstellung des Laserscanners 12, beispielsweise im Fahrzeug-Fertigstellungsbereich (End-of-Line), bei einer entsprechend definierten Referenzmessung aufgenommen und hinterlegt werden.
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Bei dem Vergleich des Intensitätsprofils 58 aus 4 und des Referenz-Intensitätsprofils 60 aus der 5 ist erkennbar, dass die Längen der strichgepunkteten Linien für die gestreuten Überprüfungs-Lichtsignale 54 bei dem Referenz-Intensitätsprofil 60 deutlich länger sind als bei dem gemessenen Intensitätsprofil 58.
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Dies deutet darauf hin, dass bei dem Laserscanner 12 eine Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand vorliegt. Dies deutet auf eine Funktionsbeeinträchtigung hin. Die Funktionsbeeinträchtigung kann beispielsweise durch eine mangelnde Sendeleistung des Senders 22, einer verringerten Lichttransmission im Gehäuse 18, beispielsweise bedingt durch Schmutz, Feuchtigkeit, Wasserdampf oder dergleichen, eine verschmutzte Sendeoptik oder Empfangsoptik oder eine mangelnde Empfangsleistung des Empfängers 24 hervorgerufen werden.
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Ergibt der Vergleich, dass das gemessene Intensitätsprofil 58 um mehr als einer vorgebbaren Toleranz von dem Referenz-Intensitätsprofil 60 abweicht, so wird beispielsweise mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 ein Funktionsstörungshinweis über das Vorliegen einer Funktionsstörung des Laserscanners generiert. Dieser Funktionsstörungshinweis kann beispielsweise an die Fahrerassistenzeinrichtung weitergegeben werden oder in anderer Weise verarbeitet werden.
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Wird beim definierten Weiterdrehen der Umlenkspiegeleinheit 26 mithilfe der Winkelmesseinrichtung 42 erfasst, dass die Umlenkspiegeleinheit 26 so eingestellt ist, dass sich der Lichtsignalstrahl 48 am Beginn des Fensters 20 , in der 1 unten, befindet, wird der oben beschriebene Überwachungsmodus zur Überwachung des Überwachungsbereichs 14 wieder gestartet.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel können bei jeder vollständigen Drehung der Umlenkspiegeleinheit 26 um 360° abhängig von der Winkeleinstellung mit jedem der Spiegel 30 jeweils ein Messzyklus, also insgesamt zwei Messzyklen, zur Überwachung des Überwachungsbereichs und insgesamt zwei Überprüfungszyklen zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners 12 durchgeführt werden. Auf diese Weise kann der Laserscanner 12 im laufenden Betrieb des Laserscanners 12 auf seine Funktionsfähigkeit hin überprüft werden.
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In den 6 und 7 ist ein Laserscanner 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel verfügt die Umlenkspiegeleinheit 26 beim zweiten Ausführungsbeispiel lediglich über einen Spiegel mit einem spiegelnden Abschnitt 34. Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Laserscanners 12 wird beim zweiten Ausführungsbeispiel in einer Winkeleinstellung der Umlenkspiegeleinheit 26 gestartet, in der der Lichtsignalstrahl 48 der gesendeten Lichtsignale 44, welche während der Überprüfung des Überwachungsbereichs 14 als Überprüfungs-Lichtsignale 52 wirken, den Bereich des Fensters 20 verlässt und auf eine nicht spiegelnde Innenseite des Gehäuses 18 neben dem Fenster 20 trifft. Durch einfache oder mehrfache Reflexionen, welche in der 7 als gestrichelte Linien angedeutet sind, wird ein Teil des diffus gestreuten Überprüfungs-Lichtsignals 54 vom Empfänger 24 empfangen.
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Analog zum ersten Ausführungsbeispiel wird beim zweiten Ausführungsbeispiel die Überprüfung der Funktionsfähigkeit innerhalb des Referenzwinkels 56 der Umlenkspiegeleinheit 26 durchgeführt. Der Vergleich des gemessenen Intensitätsprofils 58 mit dem Referenz-Intensitätsprofil 60 erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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